鋁合金干切削和少量潤(rùn)滑切削試驗(yàn)及模糊監(jiān)控研究.pdf

1、自從二十世紀(jì)九十年代提出“綠色制造”概念以來，由于人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，綠色制造正在成為制造業(yè)的重要特征和基本生產(chǎn)模式。為了提高生產(chǎn)率、工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，傳統(tǒng)的金屬切削中大量使用切削液。但是切削液的大量使用會(huì)對(duì)人和環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，而且切削液的使用費(fèi)用相當(dāng)高。無論從保護(hù)人身健康、生態(tài)環(huán)境的角度，還是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在金屬切削過程中不使用或盡可能地少使用切削液都是極其必要的。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)

2、基金項(xiàng)目(50875120)資助下，對(duì)鋁合金干切削和少量潤(rùn)滑切削進(jìn)行研究。首先對(duì)干切削和少量潤(rùn)滑切削機(jī)理進(jìn)行了深入研究。以往對(duì)金屬切削過程的研究沒有對(duì)振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)給予足夠關(guān)注，本文對(duì)干切削和少量潤(rùn)滑切削加工過程中的這兩種信號(hào)在較抽象的物理信號(hào)層面進(jìn)行系統(tǒng)深入地研究，旨在從一個(gè)新的視角揭示干切削和少量潤(rùn)滑切削機(jī)理。另外，對(duì)干切削和少量潤(rùn)滑切削效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。最后，在對(duì)少量潤(rùn)滑研究的基礎(chǔ)上，為了能夠在金屬切削過程中自適應(yīng)地提供切削液

3、，提出了基于少量潤(rùn)滑的切削溫度監(jiān)控的構(gòu)想，并探討了其可行性，最后進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)運(yùn)用傳熱學(xué)理論對(duì)干切削和少量潤(rùn)滑切削的熱學(xué)機(jī)理進(jìn)行了研究。利用普朗特的對(duì)流換熱邊界層理論揭示了少量潤(rùn)滑的冷卻機(jī)理，提出了切削液處于液態(tài)強(qiáng)迫對(duì)流換熱狀態(tài)下切削液冷卻能力最大時(shí)所需最少切削液流量、最大對(duì)流換熱量計(jì)算方法，推導(dǎo)出對(duì)流換熱量與切削液流量之間關(guān)系式;對(duì)Zorev提出的刀-屑摩擦模型針對(duì)少量潤(rùn)滑條件進(jìn)行

4、了改進(jìn)，以對(duì)少量潤(rùn)滑條件下的摩擦行為進(jìn)行更合理地解析;從熱量傳輸角度研究了干切削和少量潤(rùn)滑切削的切削熱傳輸機(jī)制;通過對(duì)切削液傳熱模型的研究得到了切削液供液方位和傳熱參數(shù)對(duì)切削熱傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。
　　(2)建立了基于虛擬儀器的干切削加工過程信號(hào)采集平臺(tái)，采樣航空鋁合金7050-T7451干銑削過程中的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)，從時(shí)域和能量角度研究了不同工藝條件下干切削過程的特點(diǎn)和規(guī)律。通過時(shí)域研究，得到了銑削工藝參數(shù)與振動(dòng)信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)的

5、均方根值之間的關(guān)系。利用小波包分解，研究了干切削過程中不同工藝條件下振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)在不同頻帶內(nèi)的能量分布，發(fā)現(xiàn)了切削速度、每齒進(jìn)給量和銑削寬度對(duì)信號(hào)不同頻帶能量分布的影響規(guī)律。
　　(3)在基于虛擬儀器和VC6.0建立少量潤(rùn)滑切削加工過程信號(hào)采集平臺(tái)和少量潤(rùn)滑切削液供應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)少量潤(rùn)滑切削進(jìn)行了試驗(yàn)研究。對(duì)航空鋁合金7050-T7451銑削過程中采樣的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)，分別從時(shí)域、頻域、時(shí)頻域和信號(hào)能量的角度運(yùn)用多種經(jīng)典

6、和現(xiàn)代信號(hào)處理方法研究了在少量潤(rùn)滑條件下不同切削液流量對(duì)切削過程的影響，得到了銑削過程中少量潤(rùn)滑對(duì)切削振動(dòng)信號(hào)和聲發(fā)射信號(hào)的均方根值、頻譜分布、不同頻帶能量分布影響的規(guī)律。
　　(4)通過航空鋁合金和工具鋼的銑削試驗(yàn)，對(duì)干切削和不同切削液流量的少量潤(rùn)滑切削加工效果從加工質(zhì)量、對(duì)刀具的影響和切屑方面進(jìn)行對(duì)比研究，研究結(jié)果表明少量潤(rùn)滑能有效提高加工質(zhì)量和刀具耐用度。
　　(5)提出并實(shí)現(xiàn)了基于少量潤(rùn)滑的切削溫度監(jiān)控的構(gòu)想?？紤]到

7、切削溫度與工藝條件之間的強(qiáng)耦合性，運(yùn)用模糊控制理論設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于少量潤(rùn)滑的切削溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以期在保證加工質(zhì)量的前提下盡可能地減少切削液的使用量。對(duì)基于少量潤(rùn)滑的航空鋁合金7050-T7451切削溫度監(jiān)控進(jìn)行了可行性研究、仿真和試驗(yàn)研究。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明:在少量潤(rùn)滑條件下，通過電液數(shù)字閥輸出的切削液流量隨著切削溫度的變化能快速反應(yīng)，切削溫度的控制效果較好，可以實(shí)現(xiàn)控制切削溫度和減少切削液用量的雙重目的。通過加工實(shí)例表明了基于切削液的